(57)【要約】【課題】有機フッ素化合物等の難分解性の化合物を経済的かつ高効率で無害化できる水処理装置および水処理方法を提供する。【解決手段】この水処理装置では、ナノバブルの酸化力を利用して、前段分解部水槽４２での第１ナノバブル発生機２によるナノバブル処理と後段分解部水槽４３での第２ナノバブル発生機８６によるナノバブル処理との２段階のナノバブル処理でもって、流入水中の有機フッ素化合物を分解し分解物をガス化でき、活性炭７６〜７８で吸着,除去できる。また、上記有機フッ素化合物をナノバブルの酸化力を利用して分解した分解物としてのガスをファン１７による送風でもって水面２５から常時除去することにより上記分解をより効率的にすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
難分解性化合物含有水が導入される水槽と、
上記水槽内の難分解性化合物含有水にナノバブルを吐出する気液混合気体せん断方式のナノバブル発生機と、
上記水槽において上記ナノバブルが有するラジカルによる酸化力でもって分解されてガス化された上記難分解性化合物の分解物を除去するガス除去部とを備えることを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の水処理装置において、
上記難分解性化合物が有機化合物であることを特徴とする水処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載の水処理装置において、
上記難分解性化合物が有機フッ素化合物であり、
上記有機フッ素化合物含有水が導入される前段部水槽と、
上記前段部水槽内の有機フッ素化合物含有水にナノバブルを吐出する気液混合気体せん断方式の第１のナノバブル発生機と、
上記前段部水槽からの処理水が導入される後段部水槽と、
上記後段部水槽内の有機フッ素化合物含有水にナノバブルを吐出する気液混合気体せん断方式の第２のナノバブル発生機と、
上記後段部水槽において上記ナノバブルが有するラジカルによる酸化力でもって分解された上記有機フッ素化合物のガス化した分解物を吸着,除去するガス除去部とを備えることを特徴とする水処理装置。
【請求項４】
請求項３に記載の水処理装置において、
上記有機フッ素化合物含有水は、
ＰＦＯＳまたはＰＦＯＡの少なくとも一方を含有していることを特徴とする水処理装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１つに記載の水処理装置において、
上記ナノバブル発生機は、３段階の気液混合気体せん断部を有することを特徴とする水処理装置。
【請求項６】
請求項３から５のいずれか１つに記載の水処理装置において、
上記前段部水槽の上に配置されていると共に上記前段部水槽からのナノバブルが導入されてカルシウムイオンを上記前段部水槽に滴下させるカルシウムイオン溶出部と、
上記前段部水槽から処理水が導入されると共に上記処理水を上記後段部水槽に導入する沈澱槽と、
上記後段部水槽の上に配置されていると共に上記ナノバブルにより有機フッ素化合物を分解することによって発生するガスを吸着剤により吸着処理するガス吸着部とを備えたことを特徴とする水処理装置。
【請求項７】
請求項６に記載の水処理装置において、
上記前段部水槽と上記カルシウムイオン溶出部との間に空気を供給する空気供給部を備えたことを特徴とする水処理装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載の水処理装置において、
上記ガス吸着部の吸着剤が活性炭であることを特徴とする水処理装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１つに記載の水処理装置において、
上記ナノバブル発生機は、
電動ニードルバルブにより気体を導入可能な第１気体せん断部を有する気液混合循環ポンプと、
上記第１気体せん断部からマイクロバブルが導入される第２気体せん断部と、
上記第２気体せん断部からナノバブルが導入される第３気体せん断部とを有することを特徴とする水処理装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の水処理装置において、
上記電動ニードルバルブから上記第１気体せん断部に１.２リットル／分以下で空気を導入することを特徴とする水処理装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の水処理装置において、
上記第１気体せん断部は、形状が楕円形もしくは真円形で、かつ内部に２本以上の溝が形成されていることを特徴とする水処理装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の水処理装置において、
上記溝の深さが、０.３ｍｍ〜０.６ｍｍ、溝幅が０.８ｍｍ以内であることを特徴とするナノバブル発生機を有する水処理装置。
【請求項１３】
請求項９から１２のいずれか１つに記載の水処理装置において、
上記気液混合循環ポンプは、吐出配管の内径が吸い込み配管の内径よりも小さいことを特徴とする水処理装置。
【請求項１４】
請求項９から１３のいずれか１つに記載の水処理装置において、
上記気液混合循環ポンプは、上記気液混合循環ポンプのポンプ出力が最大値に達した時点以降に、気体取り込みを開始することを特徴とする水処理装置。
【請求項１５】
請求項９から１３のいずれか１つに記載の水処理装置において、
上記気液混合循環ポンプは、運転開始から６０秒以上経過してから気体取り込みを開始することを特徴とする水処理装置。
【請求項１６】
請求項９から１５のいずれか１つに記載の水処理装置において、
上記電動ニードルバルブから上記第１気体せん断部へ気体を流入させる気体流入管は、上記第１気体せん断部のマイクロバブル発生部側面に対する入射角が１８°となるように配置されていることを特徴とする水処理装置。
【請求項１７】
請求項９から１５のいずれか１つに記載の水処理装置において、
上記第１気体せん断部を構成する材料の厚さを６ｍｍから１２ｍｍとしたことを特徴とする水処理装置。
【請求項１８】
請求項１から１７のいずれか１つに記載の水処理装置において、
上記ナノバブル発生機に供給する気体をオゾンとしたことを特徴とする水処理装置。
【請求項１９】
請求項１から１７のいずれか１つに記載の水処理装置において、
上記ナノバブル発生機に供給する気体を酸素ガスとしたことを特徴とする水処理装置。
【請求項２０】
難分解性化合物含有水にナノバブルを吐出させて混合し、
上記ナノバブルが有するラジカルによる酸化力を利用して、上記難分解性化合物の強固な結合を分解し、この分解による分解物をガス化して除去することを特徴とする水処理方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の水処理方法において、
上記難分解性化合物が有機化合物であることを特徴とする水処理方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の水処理方法において、
上記難分解性化合物が有機フッ素化合物であり、
上記有機フッ素化合物含有水にナノバブルを吐出させて混合し、上記ナノバブルが有するラジカルによる酸化力を利用して、上記有機フッ素化合物の炭素とフッ素の強固な結合を分解し、この分解による分解物をガス化して除去する第１の処理と、
上記第１の処理後の処理水にナノバブルを吐出させて混合し、上記ナノバブルが有するラジカルによる酸化力を利用して、上記有機フッ素化合物の炭素とフッ素の強固な結合を分解し、この分解による分解物をガス化して除去する第２の処理とを行うことを特徴とする水処理方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の水処理方法において、
上記第１の処理において、上記分解物の硫酸イオンをカルシウムイオンと反応させて除去することを特徴とする水処理方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の水処理方法において、
炭酸カルシウム鉱物にナノバブルを含む水滴を滴下させて、上記カルシウムイオンを溶出させることを特徴とする水処理方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の水処理方法において、
上記炭酸カルシウム鉱物にナノバブルを含む水滴を滴下させて、この炭酸カルシウム鉱物の表面上で、ガス化した低分子有機フッ素化合物をさらに低分子に分解することを特徴とする水処理方法。
【請求項２６】
請求項２５に記載の水処理方法において、
上記炭酸カルシウム鉱物から溶出したカルシウムイオンと、上記低分子有機フッ素化合物が分解して生成したフッ素イオンとを反応させて、フッ化カルシウムの沈澱物とすることを特徴とする水処理方法。
【請求項２７】
請求項２５に記載の水処理方法において、
上記炭酸カルシウム鉱物から溶出したカルシウムイオンと、上記低分子有機フッ素化合物がナノバブルの存在下で分解して生成したフッ素イオンとを反応させて、フッ化カルシウムのフロックを作り、このフッ化カルシウムのフロックを沈澱槽に沈澱させることを特徴とする水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、難分解性の有機あるいは無機化合物を含有した水(一例としてＰＦＯＳ(パーフルオロオクタンスルホン酸)、ＰＦＯＡ(パーフルオロオクタン酸)等の難分解性有機フッ素化合物を含有した水)を処理する水処理装置および水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＰＦＯＳ、ＰＦＯＡ等の難分解性有機フッ素化合物含有水の処理方法としては、(1)燃料を消費し地球温暖化を助長することとなる燃焼方式、(2)高圧の超臨界方式が存在していた。この従来技術は、有機フッ素化合物濃度が高濃度で排水量が少ない場合が適合する。具体的排水量は、多くて１日数トンの場合が適合する。
【０００３】
これに対して、半導体工場から排出される有機フッ素化合物含有排水中の有機フッ素化合物濃度はｐｐｂレベルで濃度が低く、かつ排水量が１日あたり数十トンから数百トンであり排水量が多い。
【０００４】
また、用水処理においても、河川水や湖水の有機フッ素化合物濃度は、排水の場合よりもさらに低く、かつ水量もさらに多いのが現実である。
【０００５】
そして、ダイオキシン同様、国際的に有機フッ素化合物としてのパーフルオロオクタンスルホン酸(ＰＦＯＳ)やパーフルオロオクタン酸(ＰＦＯＡ)の環境汚染が問題化しつつある。
【０００６】
有機フッ素化合物は化学的に安定な水溶性の物質である。特に、上記有機フッ素化合物は、耐熱性および耐薬品性の観点から優れた性質を有することから、各種界面活性剤、半導体製造における反射防止膜等産業用材料として広く用いられている。
【０００７】
しかしながら、上記有機フッ素化合物は、化学的に安定な物質であるが故に微生物分解が困難である。よって、微生物分解がしにくい故、環境中に放出されると環境中に長く存在するため、環境汚染の問題となっている。例えば、上記有機フッ素化合物としてのパーフルオロオクタンスルホン酸(ＰＦＯＳ)やパーフルオロオクタン酸(ＰＦＯＡ)は、生態系での分解が進まないことから生態系への影響が懸念されている。すなわち、上記パーフルオロオクタンスルホン酸(ＰＦＯＳ)やパーフルオロオクタン酸(ＰＦＯＡ)は、化学的に安定なため、確実に熱分解させるためには、約１０００℃以上の高温を必要とする。
【０００８】
一方、このＰＦＯＳやＰＦＯＡは、従来の微生物や従来の光触媒等による処理では分解が極めて困難なのである。
【０００９】
ところで、従来技術としてのナノバブルの利用方法および装置が、特許文献１(特開２００４−１２１９６２号公報)に記載されている。この従来技術は、ナノバブルが有する浮力の減少、表面積の増加、表面活性の増大、局所高圧場の生成、静電分極の実現による界面活性作用と殺菌作用などの特性を活用したものである。より具体的には、それらが相互に関連することによって、汚れ成分の吸着機能、物体表面の高速洗浄機能、殺菌機能によって各種物体を高機能、低環境負荷で洗浄することができ、汚濁水の浄化を行うことができることを開示している。
【００１０】
また、別の従来技術として、ナノ気泡の生成方法が、特許文献２(特開２００３−３３４５４８号公報)に記載されている。この従来技術は、液体中において、(1)液体の一部を分解ガス化する工程、(2)液体中で超音波を印加する工程、または(3)液体の一部を分解ガス化する工程および超音波を印加する工程から構成されていることを開示している。
【００１１】
また、もう１つの従来技術として、オゾンマイクロバブルを利用する廃液の処理装置が、特許文献３(特開２００４−３２１９５９号公報)に記載されている。この従来技術は、マイクロバブル発生装置にオゾン発生装置より生成されたオゾンガスと処理槽の下部から抜き出された廃液を加圧ポンプを介して供給している。また、生成されたオゾンマイクロバブルをガス吹き出しパイプの開口部より処理槽内の廃液中に通気することを開示している。
【００１２】
ところで、各工場から排出される有機フッ素化合物含有排水や河川水、湖水中の有機フッ素化合物濃度は、低く、多量に存在している。
【００１３】
上述の如く、従来技術として、(1)燃料を消費し地球温暖化を助長する燃焼処理方式、(2)高圧の超臨界方式の処理技術が存在しているが、それらは、有機フッ素化合物濃度が、高濃度で水量が少ない事例に対応する方式で、これらの従来技術で処理した場合、ランニングコストを低く抑えることができず、経済的に処理できない課題がある。また、これらの従来技術としての(1)燃料を消費し地球温暖化を助長する燃焼方式、(2)高圧の超臨界方式では、建設費が高い課題がある。
【００１４】
また、排水処理や用水処理において、上記(1)、(2)と異なる活性炭吸着方式も存在するが、活性炭は、被処理水に有機物が存在すれば、全ての有機物を吸着して、破過し、活性炭を頻繁に取り替える必要がある課題もあった。すなわち、活性炭の交換に関係するランニングコストが高い課題がある。
【００１５】
また、一般的知見であるが、有機フッ素化合物における化学構造式である炭素とフッ素の結合は、安定しているが故に強酸の中でも分解しないため、環境中に放出されて、世界中を巡り果てには、世界中のあらゆる生物に濃縮してきた。例えば、北極熊、アザラシ、鯨からも有機フッ素化合物が検出されて、国際的環境汚染として、問題となっている。
【００１６】
このように、国際的な環境問題である有機フッ素化合物の人間を含めた生物濃縮を回避すべく、有機フッ素化合物等の難分解性の化合物を経済的、高効率で無害化できる処理技術が存在しない課題がある。
【特許文献１】特開２００４−１２１９６２号公報
【特許文献２】特開２００３−３３４５４８号公報
【特許文献３】特開２００４−３２１９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
そこで、この発明の課題は、有機フッ素化合物等の難分解性の化合物を経済的かつ高効率で無害化できる水処理装置および水処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するため、この発明の水処理装置は、難分解性化合物含有水が導入される水槽と、
上記水槽内の難分解性化合物含有水にナノバブルを吐出する気液混合気体せん断方式のナノバブル発生機と、
上記水槽において上記ナノバブルが有するラジカルによる酸化力でもって分解されてガス化された上記難分解性化合物の分解物を除去するガス除去部とを備えることを特徴としている。
【００１９】
この発明の水処理装置によれば、水槽に導入された難分解性化合物含有水に、気液混合気体せん断方式のナノバブル発生機からナノバブルを吐出させることで、上記ナノバブルが有するラジカルによる酸化力を利用して、難分解性化合物の強固な結合を分解し、低分子した分解物をガス化して除去できる。
【００２０】
また、一実施形態の水処理装置は、上記難分解性化合物が有機化合物である。
【００２１】
この実施形態の水処理装置によれば、ナノバブルが有するラジカルによる酸化力を利用して、難分解性有機化合物の強固な結合を分解し、低分子した分解物をガス化して除去することができる。
【００２２】
また、一実施形態の水処理装置は、上記難分解性化合物が有機フッ素化合物であり、
上記有機フッ素化合物含有水が導入される前段部水槽と、
上記前段部水槽内の有機フッ素化合物含有水にナノバブルを吐出する気液混合気体せん断方式の第１のナノバブル発生機と、
上記前段部水槽からの処理水が導入される後段部水槽と、
上記後段部水槽内の有機フッ素化合物含有水にナノバブルを吐出する気液混合気体せん断方式の第２のナノバブル発生機と、
上記後段部水槽において上記ナノバブルが有するラジカルによる酸化力でもって分解された上記有機フッ素化合物のガス化した分解物を吸着,除去するガス除去部とを備える。
【００２３】
この実施形態の水処理装置によれば、上記前段部水槽と後段部水槽の２段階のナノバブル処理でもって、炭素とフッ素が強固に結合している有機フッ素化合物含有水中の有機フッ素化合物を確実に分解して吸着,除去できる。
【００２４】
また、一実施形態の水処理装置は、上記有機フッ素化合物含有水は、ＰＦＯＳ(パーフルオロオクタンスルホン酸)またはＰＦＯＡ(パーフルオロオクタン酸)の少なくとも一方を含有している。
【００２５】
この実施形態の水処理装置によれば、炭素とフッ素が強固に結合しているＰＦＯＳ(パーフルオロオクタンスルホン酸)やＰＦＯＡ(パーフルオロオクタン酸)等の難分解性有機フッ素化合物を分解して無害化できる。
【００２６】
また、一実施形態の水処理装置では、上記ナノバブル発生機は、３段階の気液混合気体せん断部を有する。
【００２７】
この実施形態の水処理装置によれば、上記ナノバブル発生機が３段階の気液混合気体せん断部から構成されているので、マイクロバブルをさらにせん断して、多量のナノバブルを製造できる。
【００２８】
また、一実施形態の水処理装置では、上記前段部水槽の上に配置されていると共に上記前段部水槽からのナノバブルが導入されてカルシウムイオンを上記前段部水槽に滴下させるカルシウムイオン溶出部と、
上記前段部水槽から処理水が導入されると共に上記処理水を上記後段部水槽に導入する沈澱槽と、
上記後段部水槽の上に配置されていると共に上記ナノバブルにより有機フッ素化合物を分解することによって発生するガスを吸着剤により吸着処理するガス吸着部とを備えた。
【００２９】
この実施形態の水処理装置によれば、上記前段部水槽にてナノバブルにより分解した分解物に含まれるフッ素イオンや硫酸イオンに、上記カルシウムイオン溶出部から滴下させたカルシウムイオンを反応させてフッ化カルシウム,硫酸カルシウムとして次の沈澱槽に沈澱させて除去できる。また、上記後段部水槽でナノバブルにより分解しガス化した低分子の分解物をガス吸着部で吸着,除去できる。
【００３０】
また、一実施形態の水処理装置では、上記前段部水槽と上記カルシウムイオン溶出部との間に空気を供給する空気供給部を備えた。
【００３１】
この実施形態の水処理装置によれば、上記空気供給部から上記前段部水槽と上記カルシウムイオン溶出部との間に空気を供給することで、上記前段部水槽の液面付近に発生した飽和蒸気(分解により発生するガスによる飽和蒸気)に常時新鮮な空気を供給して飽和状態をなくすることができる。これによって、上記ナノバブルによる分解を促進できる。
【００３２】
また、一実施形態の水処理装置では、上記ガス吸着部の吸着剤が活性炭である。
【００３３】
この実施形態の水処理装置によれば、上記後段部水槽でナノバブルによる分解で発生したガスを上記吸着剤としての活性炭で効率よく吸着処理できる。
【００３４】
また、一実施形態の水処理装置では、上記ナノバブル発生機は、
電動ニードルバルブにより気体を導入可能な第１気体せん断部を有する気液混合循環ポンプと、
上記第１気体せん断部からマイクロバブルが導入される第２気体せん断部と、
上記第２気体せん断部からナノバブルが導入される第３気体せん断部とを有する。
【００３５】
この実施形態の水処理装置によれば、上記第１気体せん断部で製造したマイクロバブルの一部を上記第２気体せん断部でナノバブルにでき、最終的に第３気体せん断部でナノバブルを多量に製造できる。
【００３６】
また、一実施形態の水処理装置では、上記電動ニードルバルブから上記第１気体せん断部に１.２リットル／分以下で空気を導入する。
【００３７】
この実施形態の水処理装置によれば、上記第１気体せん断部に導入する空気量を１.２リットル／分以下とすることで、結果的に第３気体せん断部から多量のナノバブルを製造できる。なお、上記第１気体せん断部に導入する空気量が１.２リットル／分を超えると、結果的に第３気体せん断部から吐出するマイクロバブルの割合が増加する。
【００３８】
また、一実施形態の水処理装置では、上記第１気体せん断部は、形状が楕円形もしくは真円形で、かつ内部に２本以上の溝が形成されている。
【００３９】
この実施形態の水処理装置によれば、上記第１気体せん断部による空気のせん断を合理的にしかも安定的に行えて、マイクロバブルを多量に製造できる。
【００４０】
また、一実施形態の水処理装置では、上記溝の深さが、０.３ｍｍ〜０.６ｍｍ、溝幅が０.８ｍｍ以内である。
【００４１】
この実施形態の水処理装置によれば、上記第１気体せん断部による空気のせん断を合理的にしかも安定的に行えて、マイクロバブルを多量に製造できる。
【００４２】
また、一実施形態の水処理装置では、上記気液混合循環ポンプは、吐出配管の内径が吸い込み配管の内径よりも小さい。
【００４３】
この実施形態の水処理装置によれば、上記第１気体せん断部による空気のせん断を合理的にしかも安定的に行えて、マイクロバブルを多量に製造できる。
【００４４】
また、一実施形態の水処理装置では、上記気液混合循環ポンプは、上記気液混合循環ポンプのポンプ出力が最大値に達した時点以降に、気体取り込みを開始する。
【００４５】
この実施形態の水処理装置によれば、上記気液混合循環ポンプのキャビテーションによる損傷を防ぐことができる。すなわち、気体(空気)が液体中に存在する状態でポンプを運転するとキャビテーションを起こし、ポンプの損傷が発生することがある。
【００４６】
また、一実施形態の水処理装置では、上記気液混合循環ポンプは、運転開始から６０秒以上経過してから気体取り込みを開始する。
【００４７】
この実施形態の水処理装置によれば、運転開始から６０秒以上経過してから気体取り込みを開始することで、上記気液混合循環ポンプのキャビテーションによる損傷を防ぐことができる。
【００４８】
また、一実施形態の水処理装置では、上記電動ニードルバルブから上記第１気体せん断部へ気体を流入させる気体流入管は、上記第１気体せん断部のマイクロバブル発生部側面に対する入射角が１８°となるように配置されている。
【００４９】
この実施形態の水処理装置によれば、上記第１気体せん断部による空気のせん断を合理的にしかも安定的に行えて、マイクロバブルを多量に製造できる。
【００５０】
また、一実施形態の水処理装置では、上記第１気体せん断部を構成する材料の厚さを６ｍｍから１２ｍｍとした。
【００５１】
この実施形態の水処理装置によれば、上記第１気体せん断部の材料厚さを６ｍｍから１２ｍｍとすることで、運動エネルギーを外部に逃がさないようにし、その結果として、空気のせん断を合理的にしかも安定的に行えてマイクロバブルを多量に製造できる。
【００５２】
また、一実施形態の水処理装置では、上記ナノバブル発生機に供給する気体をオゾンとした。
【００５３】
この実施形態の水処理装置によれば、上記ナノバブル発生機に供給する気体がオゾンであるからオゾンナノバブルを製造できて、難分解性有機フッ素化合物を強力な酸化作用で酸化分解できる。
【００５４】
また、一実施形態の水処理装置では、上記ナノバブル発生機に供給する気体を酸素ガスとした。
【００５５】
この実施形態の水処理装置によれば、上記ナノバブル発生機が、空気よりも酸化力がある酸素ガスによるナノバブルを発生させ、酸素ガスナノバブルでもって難分解性有機フッ素化合物を酸化作用で酸化分解できる。
【００５６】
また、一実施形態の水処理方法では、難分解性化合物含有水にナノバブルを吐出させて混合し、
上記ナノバブルが有するラジカルによる酸化力を利用して、上記難分解性化合物の強固な結合を分解し、この分解による分解物をガス化して除去する。
【００５７】
この実施形態の水処理方法によれば、ナノバブルが有するラジカルによる酸化力を利用して、難分解性化合物の強固な結合を分解し、低分子した分解物をガス化して除去できる。
【００５８】
また、一実施形態の水処理方法では、上記難分解性化合物が有機化合物である。
【００５９】
この実施形態の水処理方法によれば、ナノバブルが有するラジカルによる酸化力を利用して、難分解性有機化合物の強固な結合を分解し、低分子した分解物をガス化して除去できる。
【００６０】
また、一実施形態の水処理方法では、上記難分解性化合物が有機フッ素化合物であり、
上記有機フッ素化合物含有水にナノバブルを吐出させて混合し、上記ナノバブルが有するラジカルによる酸化力を利用して、上記有機フッ素化合物の炭素とフッ素の強固な結合を分解し、この分解による分解物をガス化して除去する第１の処理と、
上記第１の処理後の処理水にナノバブルを吐出させて混合し、上記ナノバブルが有するラジカルによる酸化力を利用して、上記有機フッ素化合物の炭素とフッ素の強固な結合を分解し、この分解による分解物をガス化して除去する第２の処理とを行う。
【００６１】
この実施形態の水処理方法によれば、上記第１,第２の２段階のナノバブルによる分解処理でもって、炭素とフッ素が強固に結合している有機フッ素化合物含有水中の有機フッ素化合物を分解して無害化できる。
【００６２】
また、一実施形態の水処理方法では、上記第１の処理において、上記分解物の硫酸イオンをカルシウムイオンと反応させて除去する。
【００６３】
この実施形態の水処理方法によれば、上記分解物の硫酸イオンをカルシウムイオンと反応させて、硫酸カルシウムとして除去できる。
【００６４】
また、一実施形態の水処理方法では、炭酸カルシウム鉱物にナノバブルを含む水滴を滴下させて、上記カルシウムイオンを溶出させる。
【００６５】
この実施形態の水処理方法によれば、ナノバブルの酸化力で炭酸カルシウム鉱物からカルシウムイオンを微量溶出させて利用できる。
【００６６】
また、一実施形態の水処理方法では、上記炭酸カルシウム鉱物にナノバブルを含む水滴を滴下させて、この炭酸カルシウム鉱物の表面上で、ガス化した低分子有機フッ素化合物をさらに低分子に分解する。
【００６７】
この実施形態の水処理方法によれば、ＰＦＣ(パーフルオロカーボン)等の低分子有機フッ素化合物をさらに上記炭酸カルシウム鉱物表面上で低分子に分解し無害化できる。
【００６８】
また、一実施形態の水処理方法では、上記炭酸カルシウム鉱物から溶出したカルシウムイオンと、上記低分子有機フッ素化合物が分解して生成したフッ素イオンとを反応させて、フッ化カルシウムの沈澱物とする。
【００６９】
この実施形態の水処理方法によれば、上記低分子有機フッ素化合物が分解して生成されるフッ素イオンを上記炭酸カルシウム鉱物から溶出したカルシウムイオンと反応させて、フッ化カルシウムの沈澱物として無害化できる。
【００７０】
また、一実施形態の水処理方法では、上記炭酸カルシウム鉱物から溶出したカルシウムイオンと、上記低分子有機フッ素化合物がナノバブルの存在下で分解して生成したフッ素イオンとを反応させて、フッ化カルシウムのフロックを作り、このフッ化カルシウムのフロックを沈澱槽に沈澱させる。
【００７１】
この実施形態の水処理方法によれば、上記低分子有機フッ素化合物をナノバブルの存在下で分解することによって生成されるフッ素イオンを上記カルシウムイオンと反応させて、フッ化カルシウムのフロックを作り、沈殿槽にて沈澱物として、無害化処理できる。
【発明の効果】
【００７２】
この発明の水処理装置によれば、水槽に導入された難分解性化合物含有水に、気液混合気体せん断方式のナノバブル発生機からナノバブルを吐出させることで、上記ナノバブルが有するラジカルによる酸化力を利用して、難分解性化合物の強固な結合を分解し、低分子した分解物をガス化して除去できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７３】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００７４】
(第１の実施の形態)
図１は、本発明の水処理装置の第１実施形態を模式的に示す図である。
【００７５】
図１において、符号１は、流入配管であり、有機フッ素化合物含有水が流入配管１を通って前段分解部水槽４２に流入する。この有機フッ素化合物含有水としては、各工場より排水される有機フッ素化合物含有排水と、有機フッ素化合物を微量含有している一般河川水や一般湖水の水等が該当する。
【００７６】
この第１実施形態の水処理装置が備えるナノバブル処理装置３は、大略、ナノバブル処理装置３の上部をなすカルシウムイオン溶出部２１、分解物ガス吸着部６６と下部の前段分解部水槽４２、後段分解部水槽４３から構成されている。
【００７７】
そして、流入水がポンプ等で圧送されてくる場合、前段分解部水槽４２内において水流１５を発生し、この水流１５は、第１ナノバブル発生機２から吐出するナノバブル流１３と合流し、前段分解部水槽４２の下部に傾斜壁４０が設置されていることより、前段分解部水槽４２内を撹拌する水の流れとなる。
【００７８】
上記ナノバブル処理装置３の下部をなす前段分解部水槽４２と後段分解部水槽４３の外部には、第１ナノバブル発生機２と第２ナノバブル発生機８６が設置されている。また、ナノバブル処理装置３の上部をなすカルシウムイオン溶出部２１の下部には、新鮮空気を常時取り入れるためのファン１７が設置されている。
【００７９】
そして、カルシウムイオン溶出部２１には、カルシウムイオンの供給源としての炭酸カルシウム鉱物が、下部炭酸カルシウム鉱物３２、中間部炭酸カルシウム鉱物３３、上部炭酸カルシウム鉱物３４として、３段に充填されている。また、それら炭酸カルシウム鉱物３２、３３、３４を取り出したり、入れたりする上部取出口２４、中間部取出口２３、下部取出口２２が、上部カルシウムイオン溶出部２１に設置されている。また、下部炭酸カルシウム鉱物３２、中間部炭酸カルシウム鉱物３３、上部炭酸カルシウム鉱物３４は、それぞれの収容容器である下部収容容器２９、中間部収容容器３０、上部収容容器３１に収容される。また、それら収容容器２９、３０、３１は、下部固定穴あき台２６、中間部穴あき台２７、上部穴あき台２８の上にそれぞれ設置されている。
【００８０】
各収容容器２９〜３１と穴あき台２６〜２８には、無数の穴が開いているので、１次分解物ガス３８と新鮮空気流３９との混合ガスは、スムーズにカルシウムイオン溶出部２１内を上昇して、ダクト４７内に導入されることになる。そして、１次分解物ガス３８となって、分解ガス吸着部６６に導入される。
【００８１】
また、カルシウムイオン溶出部２１の上部には、散水ノズル４５が取り付けられた散水水配管４６が設置され、後段分解部水槽４３のナノバブルを含む洗浄水を散水ポンプ８０を運転することによって、カルシウムイオン溶出部２１内にナノバブル含有水滴８２として散水している。なお、散水水配管４６の端部はフランジ４４で溶出部２１内に固定されている。
【００８２】
ナノバブルは、特徴として酸化力と洗浄力を有しているので、カルシウムイオン溶出部２１内に３段に設置充填された炭酸カルシウム鉱物３２,３３,３４からカルシウムイオンを溶出させて、前段分解部水槽４２内に滴下させる。このカルシウムイオンは、ＰＦＯＳ(パーフルオロオクタンスルホン酸)が分解することによって発生する硫酸イオンと反応して硫酸カルシウムフロック５３を形成する。この前段分解部水槽４２内で形成された硫酸カルシウムフロック５３は、水流６５と共に仕切板５０から沈澱槽５１に流入し、上澄液と沈澱物とが固液分離され、上澄液は、後段分解部水槽４３に流入する。
【００８３】
一方、硫酸カルシウムフロック５３は、その比重により、また沈澱槽傾斜壁６４の傾斜により、沈澱槽５１の下部に沈澱して、一定時間後、排水バルブ５２を開けることにより、系外に排水される。
【００８４】
一方、ナノバブルは、特徴として酸化力と洗浄力を有しているので、低分子の有機フッ素化合物としてのＰＦＣ(パーフルオロカーボン)をさらに分解して、一部フッ素イオンまで分解する。このフッ素イオンは、溶出したカルシウムイオンと反応して、フッ化カルシウムの沈澱物を形成することになる。これにより、ＰＦＣの処理も可能となる。
【００８５】
上記形成されたフッ化カルシウムの沈澱物は、沈澱槽５１で沈澱し、上記硫酸カルシウムの沈殿物と同様、排水バルブ５２より排水される。沈澱槽５１では、固液分離がなされ、硫酸カルシウムやフッ化カルシウムが除去された上澄液としての被処理水は、後段分解部水槽４３に流入する。この後段分解部水槽４３には、第２ナノバブル発生機８６が設置されている。この第２ナノバブル発生機８６は、被処理水にナノバブルを吐出してナノバブル含有水としている。
【００８６】
次に、さらに前段分解部水槽４２と後段分解部水槽４３での処理状況を詳細に説明する。前段分解部水槽４２に導入された有機フッ素化合物含有水中のＰＦＯＳ、ＰＦＯＡ等は、第１ナノバブル発生機２から吐出するナノバブルによって、酸化分解される。このＰＦＯＳ、ＰＦＯＡ等は化学的に安定な物質であり、その構造からして炭素とフッ素の構造は、従来の方法では、分解できない化合物と考えられていた。
【００８７】
しかし、ナノバブルが生成するラジカルによる酸化作用により、時間をかければ、ナノバブルで分解することが判明した。ラジカルは、通常、反応性が高いために、生成するとすぐに他の原子や分子との間で酸化反応を起こし、安定な分子やイオンになる。
【００８８】
次に、第１ナノバブル発生機２のメカニズムを詳細に説明する。
【００８９】
第１ナノバブル発生機２は、気液混合循環ポンプ５、第１気体せん断部６、第２気体せん断部８、第３気体せん断部１２、電動ニードルバルブ１１とそれらを連結する配管７,９,１０および吸込配管４から構成されている。ナノバブルは、大きくは、第１段階と第２段階を経て、第３段階で製造される。
【００９０】
この第１段階について、簡単に説明する。第１気体せん断部６において、流体力学的に圧力を制御し、負圧形成部分から気体を吸入し、高速流体運動させて、負圧部を形成し、マイクロバブルを発生させる。より解り易く簡単に説明すると、水と空気を効果的に自給,混合,溶解し、圧送することにより、マイクロバブル白濁水を製造することが、第１段階である。
【００９１】
続いて、第２段階について、簡単に説明する。第２気体せん断部８と第３気体せん断部１２において、高速流体運動させて負圧部を形成し、マイクロバブルを発生させる。また、第２気体せん断部８と第３気体せん断部１２に、第１気体せん断部６から水配管７を通じてマイクロバブル白濁水導入し、流体運動としてせん断することによって、マイクロバブルからナノバブルを発生させることになる。
【００９２】
さらに、上記第１段階と第２段階をより詳細に説明する。
【００９３】
(第１段階)
第１ナノバブル発生機２に使用している気液混合循環ポンプ５は、揚程４０ｍ以上(すなわち４ｋｇ/ｃｍ２の高圧)の高揚程のポンプである。ここでは、第１気体せん断部６を有する気液混合循環ポンプ５は高揚程のポンプであり、かつトルクが安定している２ポールのものを選定することが必要である。ポンプには、２ポールのものと４ポールのものがあり、２ポールのポンプの方がトルクは安定している。
【００９４】
また、気液混合循環ポンプ５は圧力の制御が必要で、この高揚程のポンプの回転数を回転数制御器(一般的にはインバーターと呼ばれている)で目的にあった圧力としている。この目的にあった圧力とすることで、バブルサイズが纏まったマイクロバブルを製造できる。
【００９５】
ここで、第１気体せん断部６を有する気液混合循環ポンプ５のマイクロバブル発生のメカニズムを説明する。この第１気体せん断部６においてマイクロバブルを発生させるために、液体および気体の混相旋回流を発生させ、第１気体せん断部６の中心部に高速旋回させる気体空洞部を形成させる。次に、この空洞部を圧力で竜巻状に細くして、より高速で旋回する回転せん断流を発生させる。この空洞部に気体としての空気を、マイナス圧(負圧)を利用して自動的に供給させ、さらに、切断,粉砕しながら混相流を回転させる。なお、上記気体に替えて、オゾン、炭酸ガス、窒素ガス、酸素ガスとする場合もあるが、本発明では、単に空気とした。なお、目的によって、他の気体を選定する場合がある。
【００９６】
上記空気の切断,粉砕は、装置出口付近における内,外の気液二相流体の旋回速度差により起きる。その時の回転速度は、５００〜６００回転/秒である。すなわち、第１気体せん断部６において、流体力学的に圧力を制御することで、負圧形成部分から気体を吸入し、高揚程ポンプで高速流体運動させて、負圧部を形成し、有用物質含有マイクロバブルを発生させる。より解り易く簡単に説明すると、高揚程ポンプで水と空気を効果的に自給,混合,溶解し、圧送することにより、マイクロバブル白濁水を製造することが、第１段階である。
【００９７】
なお、気液混合循環ポンプ５の運転はシーケンサー(図示せず)からの信号により設定,制御している。また、第１気体せん断部６の内部形状は、一例として楕円形であるが、最大の効果が出る形状は真円形であり、更に内部摩擦を小さくするためにここでは鏡面仕上げとしている。また、第１気体せん断部６の内部に流体の旋回乱流を制御するために溝深さ０.３ｍｍ〜０.６ｍｍ、溝幅０.８ｍｍ以内の溝を設けている。
【００９８】
(第２段階)
次に、第１ナノバブル発生機２での第２段階を説明する。この第２段階では、第１気体せん断部６を有する気液混合循環ポンプ５で発生させたマイクロバブルを、第２気体せん断部８に水配管を通じて圧送する。この際、第２気体せん断部８と第３気体せん断部１２においては、前述の第１段階の後、さらに配管サイズを細くし、高速流体運動させて、気体空洞部を竜巻状に細くして、より高速で旋回する回転せん断流を発生させる。これにより、マイクロバブルからナノバブルが発生すると同時に、超高温の極限反応場が形成される。ここで、第２気体せん断部８と第３気体せん断部１２を構成している理由は、ナノバブル量をより多く発生させるためには１段階の気体せん断部を構成するよりも、３段階の気体せん断部を構成する方がナノバブル発生量を多量にすることができるからである。
【００９９】
上述した超高温の極限反応場が形成されると、局部的に高温高圧状態となり、不安定なフリーラジカル(別名ラジカル)ができ、酸化作用を示すと同時に熱を発生する。なお、第２気体せん断部８と第３気体せん断部１２はステンレス鋼製のものが一般であり、その形状は、楕円形、好ましくは真円形である。また、第２気体せん断部８と第３気体せん断部１２には小孔が開いているがその吐出口径は、４ｍｍ〜９ｍｍが最適である。
【０１００】
次に、上記した第１段階での高速流体運動について説明する。すなわち、第１気体せん断部６において、マイクロバブルを発生させるために、まず「高速流体運動」として、ポンプのインペラと呼ばれている羽を超高速で回転させて、液体および気体の混相旋回流を発生させ、第１気体せん断部６の中心部に高速旋回させる気体空洞部を形成させる。次に、この空洞部を圧力で竜巻状に細くして、より高速で旋回する回転せん断流を発生させる。この空洞部に気体としての空気(オゾン、炭酸ガス、窒素ガス、酸素ガスの場合もある。)を自給させる。さらに、切断,粉砕しながら混相流を回転する。この切断,粉砕は、装置出口付近における内外の気液二相流体の旋回速度差により起きる。上記回転速度は、５００〜６００回転/秒であることが判明している。
【０１０１】
また、第１気体せん断部６を構成する金属の厚みが薄いと、気液混合循環ポンプ５が運転されることにより、振動が発生し、流体運動エネルギーが振動として外部に伝播して逃げ、そのことが、必要な高速流動運動すなわち、高速旋回とせん断エネルギーを低下させる。このため、第１気体せん断部６を構成する金属の厚みは、６ｍｍ〜１２ｍｍの範囲が好ましい。
【０１０２】
次に、「流体運動としてせん断すること」について、説明する。すなわち、第１気体せん断部６を有する気液混合循環ポンプ５で発生させたマイクロバブルを、第２気体せん断部８と第３気体せん断部１２に水配管を通じて圧送する際、第２気体せん断部８と第３気体せん断部１２においては、第１段階後さらに、配管サイズを細くし、かつ高速流体運動させて、上記気体空洞部を竜巻状に細くしてより高速で旋回する回転せん断流を発生させる。
【０１０３】
次に、「負圧形成部分」について、説明する。この負圧形成部分とは、装置出口付近における内外の気液二相流体の旋回速度差により発生する。上記したように、回転速度は、５００〜６００回転/秒である。また、次に「負圧部」について説明する。「負圧部」とは、気体と液体の混合物中で、周りと比較して圧力が小さな領域を意味する。
【０１０４】
以上が、第１ナノバブル発生機２における動作のメカニズムである。なお、第２ナノバブル発生機８６の動作メカニズムも第１ナノバブル発生機２の動作メカニズムと全く同様である。
【０１０５】
なお、上記第１ナノバブル発生機２を基本的に構成している気液混合循環ポンプ５、第１気体せん断部６、第２気体せん断部８と第３気体せん断部１２のセットは、市販されているものを採用できるが、メーカーを限定するものではない。ここでは、具体的一例として、株式会社  協和機設の商品(具体的商品名  バビダスＨＹＫ型)を採用した。
【０１０６】
ここで、４種類のバブルについて説明する。
【０１０７】
(1) 通常のバブル(気泡)は水の中を上昇して、ついには表面でパンとはじけて消滅する。
【０１０８】
(2) マイクロバブルは、発生時において１０〜数１０ミクロン(μｍ)の気泡径を有し、発生後に収縮運動によりマイクロナノバブルになる。
【０１０９】
(3) マイクロナノバブルは、１０μｍ〜数１００ｎｍ前後の直径を有する気泡である。
【０１１０】
(4) ナノバブルは、数１００ｎｍ以下の直径を有する気泡である。
【０１１１】
そして、次に、第１ナノバブル発生機２は、上記したように、前段分解部水槽４２内にナノバブルを吐出させて、ナノバブル流１３を形成する。形成されたナノバブル流１３とポンプ等からの吐出水である水流１５が合流して、大きな水流となって、前段分解部水槽４２内を撹拌することになる。
【０１１２】
そして、前段分解部水槽４２内が撹拌されることにより、被処理水中の有機フッ素化合物(ＰＦＯＳ、ＰＦＯＡ等)がナノバブルの酸化作用により、分解されて低分子の有機フッ素化合物(ＣＦ３(ＣＦ２)３Ｈ等多数)になる。この低分子の有機フッ素化合物(ＣＦ３(ＣＦ２)３Ｈ等多数)は、結果として、ガス化して分解部水槽４２の水面２５近くまで上昇する。
【０１１３】
また、前段分解部水槽４２の水面２５近くの気相の状態が飽和蒸気状態(気液両相が共存する状態や飽和蒸気が存在する状態)であれば、被処理水中の有機フッ素化合物(ＰＦＯＳ,ＰＦＯＡ等)はナノバブルが存在していても分解されにくくて低分子の有機フッ素化合物(ＣＦ３(ＣＦ２)３Ｈ等多数)に変化しにくくなる現象が起る。この現象は、数度行なった実験により判明した。すなわち、分解物ガス３８が発生しにくい状態となる。このことは、稀な現象であるが、実験で確認することができた。
【０１１４】
逆に、ファン１７の稼動により、吸込み口１６から吐出ダクト１８とフランジ部１９を経由して絶えず新鮮空気が導入されて、前段分解部水槽４２の水面２５近くの気相の状態が、前段分解部水槽４２の水面２５近くで飽和蒸気状態(気液両相が共存する状態)ではない状態(すなわち、新鮮空気で換気されている状態)であれば、分解物ガス３８はよく発生する。つまり、被処理水中の有機フッ素化合物(ＰＦＯＳ、ＰＦＯＡ等)は、上記ナノバブルが存在する状態で酸化分解されて低分子の有機フッ素化合物(ＣＦ３(ＣＦ２)３Ｈ等多数)に変化する。そして、このＣＦ３(ＣＦ２)３Ｈ等多数の低分子有機フッ素化合物は連続的にガス化して１次分解物ガス３８となる。
【０１１５】
そして、また、炭酸カルシウム鉱物である上部炭酸カルシウム鉱物３４、中間部炭酸カルシウム鉱物３３、下部炭酸カルシウム鉱物３２上においては、ナノバブルの存在下、低分子の有機フッ素化合物(ＣＦ３(ＣＦ２)３Ｈ等多数)はナノバブルのラジカルによる酸化作用で酸化分解されて、一部フッ素イオンとなる。そして、このフッ素イオンは、炭酸カルシウム鉱物３２,３３,３４から溶出するカルシウムイオンと反応して、フッ化カルシウムとなる。このフッ化カルシウムとなる現象は、前段分解部水槽４２の水槽内でも起きる反応である。
【０１１６】
また、後段分解部水槽４３には、第２ナノバブル発生機８６が設置され、被処理水にナノバブルを吐出してナノバブル流６３を形成すると共に、ナノバブル含有水を作製している。この第２ナノバブル発生機８６は、前述の第１ナノバブル発生機２と同様の構造であり、気液混合循環ポンプ５５、第１気体せん断部５６、第２気体せん断部５８、第３気体せん断部６２、電動ニードルバルブ６１とそれらを連結する配管５７,５９,６０および吸込配管５４から構成されている。
【０１１７】
次に、さらに後段分解部水槽４３の状況を詳細に説明する。前段分解部水槽４２から沈澱槽５１を経て、後段分解部水槽４３に導入された処理水に残存している有機フッ素化合物含有水中の微量ＰＦＯＳ、ＰＦＯＡ等は、第２ナノバブル発生機８６から吐出するナノバブルによって、酸化分解される。このＰＦＯＳ、ＰＦＯＡ等は化学的に安定な物質であり、その構造からして炭素とフッ素の構造は、従来の方法では、分解できない化合物と考えられていた。
【０１１８】
しかし、このような難分解性の化合物であってもナノバブルが生成するラジカルによる酸化作用により、時間をかければ、ナノバブルで分解することが可能であることが判明した。ラジカルは、通常反応性が高いために、生成するとすぐに他の原子や分子との間で酸化反応を起こし、安定な分子やイオンになる。よって、後段分解部水槽４３で微量ＰＦＯＳ、ＰＦＯＡ等についても、第２ナノバブル発生機８６より吐出するナノバブルによって、酸化分解され、２次分解物ガス８５が発生する。この発生した２次分解物ガス８５は、ダクト４７より導入される１次分解物ガス３８と合流して、下部固定穴あき台７０、中間部固定穴あき台７１、上部固定穴あき台７２の上にそれぞれ設置されている下部活性炭収容容器７３内の下部活性炭７６、中間部活性炭収容容器７４内の下部活性炭７６、上部活性炭収容容器７５内の上部活性炭７８に３段階で吸着処理されることになる。そして、発生した２次分解物ガス８５は確実に分解処理されて、排気煙突３５から処理ガス８４として排出される。
【０１１９】
このように、この実施形態によれば、有機フッ素化合物をナノバブルの酸化力を利用して、液中にて前段分解部水槽４２と後段分解部水槽４３の２段階で分解することで、有機フッ素化合物をより確実に分解できて、炭素数が少なくなった分解物をガス化できる。また、上記有機フッ素化合物をナノバブルの酸化力を利用して分解した分解物としてのガスをファン１７による送風でもって液相(水面)表面から常時除去することにより上記分解をより効率的にすることができた。また、液相中の分解物としての硫酸イオンは、カルシウムイオンと反応させて硫酸カルシウムフロック５３として沈澱,除去できると同時に、分解物としての各種ガスは活性炭７６〜７８に効率よく吸着して除去できる。また、この実施形態では、微量硫酸イオンの処理に際し、炭酸カルシウム鉱物３２〜３４にナノバブル含有水を散水ノズル４５から散水して、炭酸カルシウム鉱物からカルシウムイオンを効率的に溶出させて、硫酸イオンとの反応に有効利用している。
【０１２０】
なお、上記したように下部活性炭７６、中間部活性炭７７、上部活性炭７８は、それぞれの収容容器である下部活性炭収容容器７３、中間部活性炭収容容器７４、上部活性炭収容容器７５に収容され設置されている。ここでは、下部活性炭７６、中間部活性炭７７、上部活性炭７８の具体的一例として、クラレケミカル株式会社の球状活性炭クラレコール(商品名)を採用した。
【０１２１】
そして、それぞれの収容容器である下部活性炭収容容器７３、中間部活性炭収容容器７４、上部活性炭収容容器７５は、それぞれの固定穴あき台である下部固定穴あき台７０、中間部固定穴あき台７１、上部固定穴あき台７２に設置されている。各固定穴あき台７０〜７２は、各固定穴あき台７０〜７２の下部で発生したガスが、各固定穴あき台７０〜７２を通過して上部の多数の活性炭７６〜７８に吸着され易い構造である。すなわち、各活性炭収容容器７３〜７５と各固定穴あき台７０〜７２は、発生したガスが各活性炭７６〜７８と効率よく接触するように多数の小さな穴があいている。
【０１２２】
そして、破過状態すなわち寿命が来た活性炭７６、７７、７８は、各収容容器７３、７４、７５と共にそれぞれの取出口である下部取出口６７、中間部取出口６８、上部取出口６９から容易に取り出されて、新品の活性炭と取り替えられることになる。この下部取出口６７、中間部取出口６８、上部取出口６９は、フランジ蓋をボルトで締結した構造であり、このボルトを緩めてフランジ蓋を取り外すことで、活性炭収容容器７３〜７５を容易に取り出すことができる。そして、使用済の活性炭は、セメント工場に持ち込まれて、燃料汚泥として、有効利用されることとなる。
【０１２３】
尚、上記実施形態では、被処理水となる難分解性化合物含有水をＰＦＯＳ、ＰＦＯＡ等を含有する有機フッ素化合物含有水としたが、他の有機化合物含有水もしくは無機化合物含有水としてもよい。
【０１２４】
(第２の実施の形態)
次に、図２に本発明の水処理装置の第２実施形態を示す。この図２に示す第２実施形態の水処理装置は、前述の第１実施形態と比較して、第１ナノバブル発生機２に自動的に吸い込まれる気体を空気に替えて、オゾンガスとしている点だけが、前述の第１実施形態と異なっている。よって、この第２実施形態では、前述の第１実施形態と同じ部分については同じ符号を付けて詳細説明を省略し、前述の第１実施形態と異なる部分を説明する。
【０１２５】
この第２実施形態では、第１ナノバブル発生機２に自動的に吸い込まれる気体がオゾンガスである空気よりもオゾンガスの方が酸化力はあるので、第１ナノバブル発生機２からオゾンナノバブルを吐出させて、被処理水中の処理対象物を酸化分解できる。このオゾンナノバブルは、水中で１ヶ月以上と長く酸化力を維持できる。これに対して、他のオゾンバブルでは、水中に滞留する持続時間がより短時間である。この第２実施形態によれば、酸化力があるオゾンを、さらにラジカルによる酸化力があるナノバブルとしたオゾンナノバブルによって、相乗的に酸化力が増強されて、被処理水中の処理対象物を酸化分解することができる。
【０１２６】
(第３の実施の形態)
次に、図３に本発明の水処理装置の第３実施形態を示す。この第３実施形態は、第１ナノバブル発生機２に自動的に吸い込む気体を空気に替えて酸素ガスとしている点のみが、前述の第１実施形態と異なっている。よって、この第３実施形態では、前述の第１実施形態と同じ部分については同じ符号を付けて詳細説明を省略し、前述の第１実施形態と異なる部分を説明する。
【０１２７】
この第３実施形態では、第１ナノバブル発生機２が自動的に吸い込む気体を酸素ガスとしている。空気よりも酸素ガスの方が、酸化力があるので、第１ナノバブル発生機２から酸素ナノバブルを吐出させることにより、被処理水中の処理対象物をより効果的に酸化分解することができる。また、生物としての微生物培養や魚介類等を飼育する場合には、空気よりも酸素ガス単独の方が有効となる。
【０１２８】
また、酸素は、オゾンと異なって生物に対する有害性が少ないので、微生物培養や魚介類等を飼育する場合は酸素ナノバブルが有効となる。結論として、生物に対しては、空気ナノバブルやオゾンナノバブルに比べて酸素ナノバブルの方が有効である。
【０１２９】
(第４の実施の形態)
次に、図４に本発明の水処理装置の第４実施形態を示す。この第４実施形態は、第１ナノバブル発生機２と第２ナノバブル発生機８６が自動的に吸い込む気体が、空気に替えてオゾンガスとした点のみが、前述の第１実施形態と異なっている。よって、この第４実施形態では、前述の第１実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて、詳細説明を省略し、前述の第１実施形態と異なる部分を説明する。
【０１３０】
この第４実施形態では、第１ナノバブル発生機２と第２ナノバブル発生機８６に自動的に吸い込まれる気体を、両方ともオゾンガスとしている。空気よりもオゾンガスの方が酸化力があるので、第１ナノバブル発生機２と第２ナノバブル発生機８６の両方からオゾンナノバブルを吐出させることによって、被処理水中の処理対象物をより効果的に酸化分解できる。このオゾンナノバブルは、水中で、１ヶ月以上と長く酸化力を維持できる。これに対して、他のオゾンバブルでは、水中に滞留する持続時間がより短時間である。この第４実施形態によれば、酸化力があるオゾンを、さらにラジカルによる酸化力があるナノバブルとしたオゾンナノバブルによって、相乗的に酸化力が増強されて、被処理水中の処理対象物を酸化分解することができる。
【０１３１】
(実験例)
図１の第１実施形態の水処理装置に対応した、有機フッ素化合物ＰＦＯＳのナノバブル処理装置３としての回分式実験装置を製作した。この実験装置では、ナノバブル処理装置３における前段分解部水槽４２の容量を約１ｍ３とし、沈澱槽５１を含む後段分解部水槽４３の容量を約１ｍ３とし、カルシウム溶出部２１の容量を約１.５ｍ３とし、分解ガス吸着部６６の容量を約１.５ｍ３とした。
【０１３２】
この実験装置の回分式とは、水処理を連続式で行うのではなく、単位水量ごとに回分式で処理する方式である。具体的には、前段分解部水槽４２と後段分解部水槽４３の合計容量が約２ｍ３であるから、ＰＦＯＳ含有被処理水を２ｍ３ごとに処理する内容である。
【０１３３】
そして、気液混合循環ポンプ５および気液混合循環ポンプ５５の電動機がそれぞれ３.７ＫＷから構成される第１ナノバブル発生機２および第２ナノバブル発生機８６としては、株式会社協和機設のＨＹＫ型をそれぞれ選定した。
【０１３４】
また、新鮮空気をカルシウムイオン溶出部２１に常時供給するため、ファン１７としてテラル株式会社のシロッコファンＣＬＦ５−ＲＳ型０.７５ＫＷを選定した。そして、この実験装置の前段分解部水槽４２、続いて後段分解部水槽４３に流入水として、工業用水を投入し、その後、ＰＦＯＳの試薬を添加した。結果として、前段分解部水槽４２および後段分解部水槽４３のそれぞれの容量１ｍ３すなわち合計容量２ｍ３に対し、２ｍ３の工業用水を導入した後、導入を停止し、前段分解部水槽４２および後段分解部水槽４３のＰＦＯＳ濃度が６０００ｐｐｂとなるように散水ポンプ８０を運転して撹拌,調整した。
【０１３５】
前段分解部水槽４２および沈澱槽５１を含む後段分解部水槽４３の合計容量約２ｍ３に対し、ＰＦＯＳ濃度が全体として、平均６０００ｐｐｂとなるには、２ｍ３×６０００ｐｐｂ＝１２ｇのＰＦＯＳを合計投入し撹拌したことになる。当然のことであるが、投入した工業用水は、２ｍ３である。
【０１３６】
そして、回分式で処理した。すなわち、第１ナノバブル発生機２と第２ナノバブル発生機８６を運転して、投入直後と６日後の測定データを比較した。より具体的には、液相としての後段分解部水槽４３の各項目濃度と、気相としての分解ガス吸着部６６の排気煙突３５での各項目濃度とを比較した。
【０１３７】
尚、分解ガス吸着部６６での条件では、活性炭を充填した場合と、活性炭を  全く充填しない場合の測定も実施した。その結果を以下に示す。
【０１３８】
(1) 液相としての後段分解部水槽４３での分析結果
ＰＦＯＳの投入直後は、ＰＦＯＳ濃度が５７００ｐｐｂ、総フッ素量が４６００ｐｐｂ、遊離硫酸イオンが１ｐｐｂであった。これに対して、上記投入の６日後では、ＰＦＯＳ濃度が２４０ｐｐｂ、総フッ素量が５８０ｐｐｂ、遊離硫酸イオンが２２ｐｐｂであった。
【０１３９】
(2) 気相としての分解ガス吸着部６６の排気煙突３５の分析結果(分解ガス吸着部６６に活性炭を充填しない場合)
この場合、ＰＦＯＳの投入直後は、大気(気相)ＰＦＯＳ濃度が０.０２ｐｐｂであり、分解物高度分析(ＧＣ−ＭＳ(ガスクロマトグラフ‐質量分析)測定)の結果、分解物は０であった。これに対して、上記投入の６日後では、大気(気相)ＰＦＯＳ濃度が０.０２ｐｐｂであり、分解物高度分析(ＧＣ−ＭＳ測定)の結果、分解物としてＣＦ３(ＣＦ２)３Ｈ、ＣＦ３(ＣＦ２)４Ｈ等多数確認された。
【０１４０】
(3) 気相としての分解ガス吸着部６６の排気煙突３５の分析結果(分解ガス吸着部６６に活性炭を充填した場合)
この場合、ＰＦＯＳの投入直後は、大気(気相)ＰＦＯＳ濃度が０.０４ｐｐｂであり、分解物定性試験の結果、分解物は０であった。これに対して、上記投入の６日後では、大気(気相)ＰＦＯＳ濃度が０.０１ｐｐｂであり、分解物定性試験の結果、分解物は確認できなかった。
【０１４１】
上記(1)の実験データから判断して、次の(ａ),(ｂ)のことが判明した。
【０１４２】
(ａ) 有機フッ素化合物ＰＦＯＳは、液相のＰＦＯＳ濃度と総フッ素量から判断して、減少しているので、分解している。
【０１４３】
(ｂ) 遊離硫酸イオンは、有機フッ素化合物ＰＦＯＳの分解物で検出できているので、有機フッ素化合物ＰＦＯＳは分解が証明された。つまり、有機フッ素化合物ＰＦＯＳ(Ｃ８Ｆ１７ＳＯ３Ｈ)が分解されて遊離硫酸イオン(ＳＯ４イオン)となった。
【０１４４】
また、上記(2)の活性炭を充填しない場合の実験データから判断して、次の(ｃ)のことが判明した。
【０１４５】
(ｃ) 有機フッ素化合物ＰＦＯＳは、分解されて、気相から分解物ＣＦ３(ＣＦ２)３Ｈ、ＣＦ３(ＣＦ２)４Ｈ等が多数検出された。
【０１４６】
また、上記(3)の活性炭を充填した場合の実験データから判断して、次の(ｄ),(ｅ)のことが判明した。
【０１４７】
(ｄ) 有機フッ素化合物ＰＦＯＳは、気相から高濃度ＰＦＯＳが検出されていないので、ＰＦＯＳミストとして飛散していない。
【０１４８】
(ｅ) 排気煙突３５から分解物ＣＦ３(ＣＦ２)３Ｈ、ＣＦ３(ＣＦ２)４Ｈ等が検出されていないので、分解物は活性炭に吸着された。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【図１】この発明の水処理装置の第１実施形態を示す断面図である。
【図２】この発明の水処理装置の第２実施形態を示す断面図である。
【図３】この発明の水処理装置の第３実施形態を示す断面図である。
【図４】この発明の水処理装置の第４実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１５０】
１  流入配管
２  第１ナノバブル発生機
３  ナノバブル処理装置
４  吸込み配管
５  気液混合循環ポンプ
６  第１気体せん断部
７  水配管
８  第２気体せん断部
９  水配管
１０  空気配管
１１  電動ニードルバルブ
１２  第３気体せん断部
１３  ナノバブル流
１４  水配管
１５  水流
１６  吸込み口
１７  ファン
１８  吐出ダクト
１９  ダクトフランジ
２０  分解部
２１  カルシウムイオン溶出部
２２  下部取出口
２３  中間部取出口
２４  上部取出口
２５  水面
２６  下部固定穴あき台
２７  中間部固定穴あき台
２８  上部固定穴あき台
２９  下部炭カル収納容器
３０  中間部炭カル収納容器
３１  上部炭カル収納容器
３２  下部炭酸カルシウム鉱物
３３  中間部炭酸カルシウム鉱物
３４  上部炭酸カルシウム鉱物
３５  排気煙突
３６  流出水配管
３７  処理ガス
３８  １次分解物ガス
３９  新鮮空気流
４０  傾斜壁
４１  吸着箱
４２  前段分解部水槽
４３  後段分解部水槽
４４  フランジ
４５  散水ノズル
４６  散水水配管
４７  ダクト
４８  傾斜板
４９  分解ガス
５０  仕切り板
５１  沈澱槽
５２  排水バルブ
５３  硫酸カルシウムフロック
５４  吸込み配管
５５  気液混合循環ポンプ
５６  第１気体せん断部
５７  水配管
５８  第２気体せん断部
５９  水配管
６０  空気配管
６１  電動ニードルバルブ
６２  第３気体せん断部
６３  ナノバブル流
６４  沈澱槽傾斜壁
６５  水流
６６  分解ガス吸着部
６７  下部取出口
６８  中間部取出口
６９  上部取出口
７０  下部固定穴あき台
７１  中間部固定穴あき台
７２  上部固定穴あき台
７３  下部活性炭収納容器
７４  中間部活性炭収納容器
７５  上部活性炭収納容器
７６  下部活性炭
７７  中間部活性炭
７８  上部活性炭
７９  傾斜壁
８０  散水ポンプ
８１  吸込み配管
８２  ナノバブル含有水滴
８３  水流
８４  処理ガス
８５  ２次分解物ガス
８６  第２ナノバブル発生機
【図１】
2010022961.tif 000003
【図２】
2010022961.tif 000004
【図３】
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【図４】
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